应力环境下CVD铝化物涂层对Mar-M247高温合金在湿热-Na2 SO4 -NaCl环境中抗热腐蚀性能的影响机制研究

为解决燃气轮机叶片内部冷却通道在湿热-盐雾-应力多场耦合环境下的腐蚀失效问题，研究人员通过化学气相沉积（CVD）技术在Mar-M247合金表面制备铝化物涂层，系统研究了750℃下应力（150 MPa）对涂层在Na2 SO4 -NaCl-水蒸气环境中热腐蚀行为的影响。结果表明，应力虽加速硫（S）的内扩散并诱发界面裂纹，但涂层仍能有效保护基体，其应力耐受性为高工况涂层设计提供关键依据。

　　

燃气轮机叶片在海洋环境中面临湿热空气、盐沉积（Na₂
SO₄
-NaCl）和离心应力的多重侵蚀，导致内部冷却通道发生加速腐蚀。尽管铝化物涂层通过形成热生长氧化物（TGO）层提供保护，但复杂应力环境下的涂层失效机制尚不明确。中国科学院金属研究所的研究团队在《Surface and Coatings Technology》发表论文，首次揭示了应力对CVD铝化物涂层抗热腐蚀性能的影响规律。

研究采用化学气相沉积（CVD）在Mar-M247合金表面制备β-NiAl涂层，通过定制拉伸装置模拟150 MPa工作应力，在750℃的95% Na₂
SO₄
-5% NaCl混合盐雾环境中进行对比实验。结合SEM-EDS、XRD等技术分析腐蚀产物与界面演变。

Coating preparation
通过CVD工艺在Mar-M247合金表面获得70 μm厚双层结构涂层，外层为β-NiAl，内层为含Cr/W/Ta析出相的互扩散区（IDZ）。

Characterization of the as-deposited aluminide coating
原始涂层表面呈脊状网络结构，XRD证实β-NiAl相为主成分，预氧化后形成连续α-Al₂
O₃
层。

Discussion
应力组样品界面裂纹密度增加3倍，硫（S）的渗透深度达无应力组的2.5倍。应力通过促进裂纹萌生和元素互扩散，加速基体生成CoO/NiO有害相，但涂层仍维持Al₂
O₃
保护层完整性。

Conclusion and outlook
研究证实CVD铝化物涂层在应力-腐蚀协同环境下具有优异耐受性，其α-Al₂
O₃
层稳定性是关键。该成果为高推力发动机叶片涂层的多场耦合失效机制研究奠定基础，建议后续引入应力梯度模拟实际叶片受力分布。

重要意义
首次阐明应力通过缺陷工程效应（裂纹-S扩散耦合）加速热腐蚀的机制，突破传统单一环境评价局限，为航空发动机涂层寿命预测提供新模型。涂层在150 MPa应力下仍保持防护效能，验证CVD工艺在复杂内腔涂覆中的不可替代性。